《传感器原理与传感器技术 教学课件 ppt 作者 贾石峰 主编 第8,9章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器原理与传感器技术 教学课件 ppt 作者 贾石峰 主编 第8,9章（101页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、28014F,第8章 气敏与湿敏传感器,8.1 气敏传感器的作用及分类 8.2 半导体气敏传感器的工作原理 8.3 半导体气敏传感器的类型与结构 8.4 气敏传感器的特性 8.5 气敏传感器的应用 8.6 气体分析仪 8.7 湿敏传感器及其应用,28014F,8.1 气敏传感器的作用及分类,1)能选择性地检测某种单一气体，而对共存的其他气体不响应。 2)对被测气体应具有高的灵敏度，能检测规定范围以内的气体的体积分数。 3)信号响应速度快，再现性高。 4)长期工作稳定性好。 5)制造成本和使用价格低廉。 6)维护方便。,28014F,表-1 气敏传感器的主要应用领域,28014F,表-2 主要气
2、敏传感器的种类,28014F,8.2 半导体气敏传感器的工作原理,8.2.1 电阻型半导体气敏传感器的工作原理 8.2.2 非电阻型半导体气敏传感器的工作原理,28014F,8.2.1 电阻型半导体气敏传感器的工作原理,图-1 电阻型半导体气敏传感器的工作原理流程,28014F,8.2.2 非电阻型半导体气敏传感器的工作原理,非电阻型气敏器件也是半导体气敏传感器之一。它是利用MOS二极管的电容电压特性的变化以及MOS场效应晶体管(MOSVF)的阈值电压的变化等物性而制成的气敏元件。MOS场效应晶体管(MOSVF)的制造工艺和MOS集成电路工艺基本上是相同的，只是MOSVF栅电极材料不同。MOS
3、集成电路的MOSVF栅电极材料通常是金属铝，而MOSVF型微结构气敏传感器中的MOSVF栅电极材料是对待测气体敏感的材料，如钯、铱、碘化钾等。其工作原理是：当栅电极暴露在待测气体中时，栅电极材料与待测气体作用而引起MOSVF阈值电压的变化，分析这种变化就可知道待测气体的体积分数。当栅电极为钯时，对氢气很敏感；当栅电极为铂、铱时，对含氢化合物气体NH3、H2S和乙醇蒸气很敏感；当栅电极为碘化钾时，可检测臭氧。,28014F,8.3 半导体气敏传感器的类型与结构,8.3.1 电阻型半导体气敏传感器的类型与结构 8.3.2 非电阻型半导体气敏传感器的类型与结构,28014F,8.3.1 电阻型半导体
4、气敏传感器的类型与结构,图-2 电阻型半导体气敏 传感器的典型结构示意图 1双层金属罩 2器皿元件 3电极引线 4外套 5封锁基座 6端子,28014F,8.3.1 电阻型半导体气敏传感器的类型与结构,图-3 电阻型半导体气敏传感器的结构和符号 a)、b)直热式结构及符号 c)、d)旁热式结构及符号,28014F,8.3.2 非电阻型半导体气敏传感器的类型与结构,1.肖特基二极管气敏器件 2.MOS气敏二极管 3.MOS场效应晶体管,28014F,1.肖特基二极管气敏器件,图-4 Pd-Ti二极管的VI特性(25),28014F,2.MOS气敏二极管,图-5 Pd-MOS二极管的结构图,280
5、14F,2.MOS气敏二极管,图-6 Pd-MOS二极管CV特性,28014F,3.MOS场效应晶体管,图-7 MOSVF气敏器件的结构,28014F,8.4 气敏传感器的特性,图-8 Sn气敏元件的灵敏度特性,28014F,8.4 气敏传感器的特性,图-9 Sn气敏元件温湿特性曲线,28014F,8.5 气敏传感器的应用,8.5.1 家用煤气、液化石油气泄漏报警器 8.5.2 酒精及烟雾报警器 8.5.3 厨房自动排油烟机,28014F,图-10 家用煤气、液化石油气泄漏报警器电路,28014F,图-11 QMN2型气敏器件构成的酒精及烟雾报警器,28014F,图-12 自动吸排油烟机的控制
6、电路原理图 a)自动控制电路 b)气体浓度和排风扇开关的关系,28014F,8.6 气体分析仪,8.6.1 热导式气体分析仪 8.6.2 光学吸收式气体分析仪 8.6.3 光电比色计,28014F,8.6.1 热导式气体分析仪,图-13 热导式气体分析仪 a)热导式气体分析仪的结构 b)热导式气体分析仪的工作原理 1圆柱形腔体 2电阻丝 3待分析气体 4绝缘体 5引线,28014F,8.6.2 光学吸收式气体分析仪,1.工作原理 2.红外线气体分析仪,28014F,表-3 常用气体的红外线特性吸收波长,28014F,2.红外线气体分析仪,图-14 C红外气体分析仪的结构图,28014F,8.6
7、.3 光电比色计,图-15 光电比色计的原理框图 1光源 2透镜 3滤光片 4参比介质比色皿 5被测介质比色皿 6检测元件 7比较放大器 8显示器,28014F,8.7 湿敏传感器及其应用,8.6.1 湿敏元件的主要特性参数 8.6.2 湿敏传感器的分类 8.6.3 湿敏传感器的应用实例,28014F,8.6.1 湿敏元件的主要特性参数,1.湿度量程 2.感湿特性曲线 3.灵敏度 4.响应时间 5.湿度温度系数 6.湿滞回线和湿滞回差,28014F,8.6.2 湿敏传感器的分类,1.Al2O3湿敏传感器 2.有机高分子电解质湿敏传感器 3.热敏电阻式湿敏传感器,28014F,8.6.2 湿敏传
8、感器的分类,图-16 湿敏传感器的分类,28014F,图-17 A湿敏传感器的结构,28014F,图-18 热敏电阻式湿敏传感器 a)结构图 b)电桥测量电路,28014F,8.6.3 湿敏传感器的应用实例,1.湿度控制电路 2.土壤湿度测量电路 3.HOS103结露传感器电路,28014F,1.湿度控制电路,图-19 湿度控制电路,28014F,2.土壤湿度测量电路,图-20 土壤湿度测量电路,28014F,3.HOS103结露传感器电路,图-21 HOS103结露传感器的应用电路,28014F,3.HOS103结露传感器电路,图-22 HOS103结露传感器的特性曲线,28014F,3.H
9、OS103结露传感器电路,图-23 录像机结露报警器的控制电路,28014F,第9章 热电式传感器,9.1 热电偶 9.2 热电阻 9.3 半导体热敏元件,28014F,第9章 热电式传感器,表9-1 常用热电式传感器的类型及特点,28014F,9.1 热电偶,9.1.1 热电偶的工作原理 9.1.2 热电偶使用基于的规则 9.1.3 热电偶的类型及结构 9.1.4 热电偶常用测量电路 9.1.5 热电偶冷端温度补偿 9.1.6 热电偶的应用,28014F,9.1.1 热电偶的工作原理,1.接触电动势(珀尔贴电动热) 2.温差电动势(汤姆逊电动势) 3.热电偶回路的热电动势 4.热电偶的几个注
10、意问题,28014F,9.1.1 热电偶的工作原理,图9-1 热电偶的结构,28014F,图9-2 热电偶的接触电动势,28014F,9.1.2 热电偶使用基于的规则,1.中间温度定律 2.中间导体定律 3.标准电极定律,28014F,1.中间温度定律,图9-3 中间温度定律,28014F,2.中间导体定律,1)在热电偶AB回路中，断开参考结点，接入第三导体C，只要保持两个新结点AC和BC的温度仍为参考结点温度T0，如图9-4a所示，热电偶的热电动势等于各结点热电动势的代数和，即 2)热电偶AB回路中，将其中一个导体A断开，接入导体C，如图9-4b所示，在导体C与导体A的两个结点处保持相同温度
11、T1，根据同样的道理可证明,28014F,图9-4 中间导体定律 a)接法一 b)接法二,28014F,9.1.3 热电偶的类型及结构,1.热电偶的类型 2.热电偶的结构,28014F,表9-2 8种国际通用的热电偶特性表,28014F,表9-3 S型(铂-铂)热电偶分度表,28014F,表9-4 B型(铂-铂)热电偶分度表,28014F,表9-5 K型(镍镉-镍硅)热电偶分度表,28014F,表9-6 E型(镍镉-铜镍)热电偶分度表,28014F,图9-5 普通型热电偶的结构 1保护管 2绝缘管 3热端 4热电极 5接线盒,28014F,图9-6 铠装热电偶 1内电极 2绝缘材料 3薄壁金属
12、保护套管 4屏蔽层,28014F,图9-7 薄膜热电偶 1工作端 2薄膜热电极 3绝缘基板 4引脚接头 5引出线(材质与热电极相同),28014F,9.1.4 热电偶常用测量电路,1.测量某点温度的基本电路 2.测量两点之间温度差的测温电路 3.测量多点的测温线路 4.测量平均温度的测温线路 5.测量几点温度之和的测温线路,28014F,1.测量某点温度的基本电路,28014F,2.测量两点之间温度差的测温电路,图9-8 测量某点温度的基本电路,28014F,2.测量两点之间温度差的测温电路,图9-9 测量两点之间温度差的测温电路,28014F,图9-10 多点测温线路,28014F,图9-1
13、1 热电偶测量平均温度的并联电路,28014F,图9-12 热电偶测量几点温度之和的串联电路,28014F,9.1.5 热电偶冷端温度补偿,1.导线补偿法 2.计算法 3.电桥补偿法 4.冰浴法 5.软件处理法,28014F,1.导线补偿法,1)补偿导线只能在规定的温度范围内(一般为0100)与热电偶的热电动势相等或相近； 2)不同型号的热电偶有不同的补偿导线； 3)热电偶和补偿导线的两个结点处要保持同温度； 4)补偿导线有正、负极，需分别与热电偶的正、负极相连； 5)补偿导线的作用只是延伸热电偶的自由端，当自由端t00时，还需进行其他补偿与修正。,28014F,1.导线补偿法,图9-13 补
14、偿导线在测温回路的连接 A、B热电偶电极 A、B补偿导线 t热电偶原冷端温度 热电偶新冷端温度,28014F,1.导线补偿法,表9-7 常用热电偶的补偿导线,28014F,图9-14 冷端温度补偿电桥,28014F,图9-15 有冷端补偿的热电偶放大电路,28014F,9.1.6 热电偶的应用,1.有冷端补偿的热电偶放大电路 2.热电偶变送器电路 3.桥型传感器变送器电路,28014F,图9-16 热电偶变送器电路,28014F,图9-17 桥型传感器变送器电路,28014F,9.2 热电阻,9.2.1 热电阻的工作原理 9.2.2 热电阻的类型 9.2.3 金属热电阻的测量电路 9.2.4
15、热电阻的应用,28014F,9.2.1 热电阻的工作原理,材料的电阻温度系数要大，越大，热电阻的灵敏度越高；纯金属的比合金高，所以一般均采用纯金属材料作热电阻感温元件； 电阻温度系数尽可能大，以便在相同灵敏度下减小元件尺寸，减小热惯性； 在测温范围内，保持常数，便于实现温度表的线性刻度特性； 在测温范围内，材料的物理、化学性质稳定； 材料的提纯、压延、复制等工艺性好，价格便宜。,28014F,9.2.2 热电阻的类型,1.铂热电阻(WZP) 2.铜热电阻 3.其他热电阻,28014F,图9-18 铂热电阻的结构示意图 1云母骨架 2铂丝 3弹簧支撑片 4银引出线,28014F,表9-8 铂热电
16、阻分度表=100,28014F,图9-19 铜热电阻的结构示意图 1骨架 2漆包铜线 3引出线,28014F,9.2.3 金属热电阻的测量电路,图9-20 热电阻测温电桥的三线制连接法,28014F,9.2.3 金属热电阻的测量电路,图9-21 热电阻测温电桥的四线制连接法,28014F,9.2.4 热电阻的应用,1.铂热电阻的测温应用电路 2.热电阻数字温度计 3.家用热水加热报警器,28014F,图9-22 采用铂热电阻的测温应用电路,28014F,图9-23 热电阻数字温度计电路,28014F,图9-24 热电阻数字温度 计传感器部分,28014F,图9-25 家用热水加热报警器电路,28014F,9.3 半导体热敏元件,9.3.1 热敏电阻 9.3.2 热敏晶体管,28014F,9.3.1 热敏电阻,1.基本类型 2.热敏电阻的主要参数和特性 3.热敏电阻的测量电路 4.
